《物联网工程概论》习题及思考题答案39

1、物联网工程概论习题与思考题答案TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc300566935 第1章答案 输出通道连连接被控装置置的执行机构构，各种电磁磁干扰会经通通道进入被控装置，因因此必须在输出通道中中采取抗干扰扰措施。3-30电桥电电路的主要作作用是什么？可以分为哪哪几种？答：电桥电路是是传感器检测测电路中经常常使用的电路路，主要用来来把传感器的的电阻、电容容、电感变化化转换为电压压或电流。分分为直流电桥桥、 交流电桥桥和放大电路3-31绘出基基本放大电路路的电路图。答：略。3-32放大电电路有哪3种种形式?输出出信号的表达达形式分别是是什么？答：反向放大：同向放大：

2、差动放大：第4章答案4-1传感器节节点在实现各各种网络协议议和应用系统统时，存在哪哪些现实约束束？答：传感器节点点在实现各种种网络协议和和应用系统时时，存在以下下一些现实约约束。1.电源能量有有限传感器节点体积积微小，通常常携带能量十十分有限的电电池。由于传传感器节点个个数多、成本本要求低廉、分分布区域广，而而且部署区域域环境复杂，有有些区域甚至至人员不能到到达，所以传传感器节点通通过更换电池池的方式来补补充能源是不不现实的。如如何高效使用用能量来最大大化网络生命命周期是传感感器网络面临临的首要挑战战。如何让网网络通信更有有效率，减少少不必要的转转发和接收，不不需要通信时时尽快进入睡睡眠状态，

3、是是传感器网络络协议设计需需要重点考虑虑的问题。2.通信能力有有限无线通信的能量量消耗与通信信距离的关系系为：其中，参数n满满足关系2n4。n的取值与很很多因素有关关，例如传感感器节点部署署贴近地面时时，障碍物多多干扰大，nn的取值就大大；天线质量量对信号发射射质量的影响响也很大。考考虑诸多因素素，通常取nn为3，即通通信能耗与距距离的三次方方成正比。随随着通信距离离的增加，能能耗将急剧增增加。因此，在在满足通信连连通度的前提提下应尽量减减少单跳通信信距离。由于于节点能量的的变化，受高高山、建筑物物、障碍物等等地势地貌以以及风雨雷电电等自然环境境的影响，无无线通信性能能可能经常变变化，频繁出出

4、现通信中断断。在这样的的通信环境和和节点有限通通信能力的情情况下，如何何设计网络通通信机制以满满足传感器网网络的通信需需求是传感器器网络面临的的挑战之一。3.计算和存储储能力有限传感器节点是一一种微型嵌入入式设备，要要求它价格低低功耗小，这这些限制必然然导致其携带带的处理器能能力比较弱，存存储器容量比比较小。为了了完成各种任任务，传感器器节点需要完完成监测数据据的采集和转转换、数据的的管理和处理理、应答汇聚聚节点的任务务请求和节点点控制等多种种工作。如何何利用有限的的计算和存储储资源完成诸诸多协同任务务成为传感器器网络设计的的挑战。4-2举例说明明无线传感器器网络的应用用领域。答：传感器网络络

5、的应用前景景非常广阔，能能够广泛应用用于军事、环环境监测和预预报、健康护护理、智能家家居、建筑物物状态监控、复复杂机械监控控、城市交通通、空间探索索、大型车间间和仓库管理理，以及机场场、大型工业业园区的安全全监测等领域域。随着传感感器网络的深深入研究和广广泛应用，传传感器网络将将逐渐深入到到人类生活的的各个领域。1.军事应用传感器网络具有有可快速部署署、可自组织织、隐蔽性强强和高容错性性的特点，因因此非常适合合在军事上应应用。利用传传感器网络能能够实现对敌敌军兵力和装装备的监控、战战场的实时监监视、目标的的定位、战场场评估、核攻攻击和生物化化学攻击的监监测和搜索等等功能。通过过飞机或炮弹弹直接

6、将传感感器节点播撒撒到敌方阵地地内部，或者者在公共隔离离带部署传感感器网络，就就能够非常隐隐蔽而且近距距离准确地收收集战场信息息，迅速获取取有利于作战战的信息。传传感器网络是是由大量的随随机分布的节节点组成的，即即使一部分传传感器节点被被敌方破坏，剩剩下的节点依依然能够自组组织地形成网网络。传感器器网络可以通通过分析采集集到的数据，得得到十分准确确的目标定位位，从而为火火控和制导系系统提供精确确的制导。利利用生物和化化学传感器，可可以准确地探探测到生化武武器的成分，及及时提供情报报信息，有利利于正确防范范和实施有效效的反击。2.环境观测和和预报系统随着人们对于环环境的日益关关注，环境科科学所涉

7、及的的范围越来越越广泛。传感感器网络在环环境研究方面面可用于监视视农作物灌溉溉情况、土壤壤空气情况、牲牲畜和家禽的的环境状况和和大面积的地地表监测等，可可用于行星探探测、气象和和地理研究、洪洪水监测等，还还可以通过跟跟踪鸟类、小小型动物和昆昆虫进行种群群复杂度的研研究等。类似似地，传感器器网络可实现现对森林环境境监测和火灾灾报告，传感感器节点被随随机密布在森森林之中，平平常状态下定定期报告森林林环境数据，当当发生火灾时时，这些传感感器节点通过过协同合作会会在很短的时时间内将火源源的具体地点点、火势的大大小等信息传传送给相关部部门。3.医疗护理传感器网络在医医疗系统和健健康护理方面面的应用包括括

8、监测人体的的各种生理数数据，跟踪和和监控医院内内医生和患者者的行动，医医院的药物管管理等。如果果在住院病人人身上安装特特殊用途的传传感器节点，如如心率和血压压监测设备，医医生利用传感感器网络就可可以随时了解解被监护病人人的病情，发发现异常能够够迅速抢救。将将传感器节点点按药品种类类分别放置，计计算机系统即即可帮助辨认认所开的药品品，从而减少少病人用错药药的可能性。还还可以利用传传感器网络长长时间地收集集人体的生理理数据，这些些数据对了解解人体活动机机理和研制新新药品都是非非常有用的。4.智能家居传感器网络能够够应用在家居居中。在家电电和家具中嵌嵌入传感器节节点，通过无无线网络与IInternn

9、et连接在在一起，将会会为人们提供供更加舒适、方方便和更具人人性化的智能能家居环境。利利用远程监控控系统，可完完成对家电的的远程遥控，例例如可以在回回家之前半小小时打开空调调，这样回家家的时候就可可以直接享受受适合的室温温，也可以遥遥控电饭锅、微微波炉、电冰冰箱、电话机机、电视机、录录像机、电脑脑等家电，按按照自己的意意愿完成相应应的煮饭、烧烧菜、查收电电话留言、选选择录制电视视和电台节目目以及下载网网上资料到电电脑中等工作作，也可以通通过图像传感感设备随时监监控家庭安全全情况。利用用传感器网络络可以建立智智能幼儿园，监监测孩童的早早期教育环境境，跟踪孩童童的活动轨迹迹，可以让父父母和老师全全

10、面地研究学学生的学习过过程。5.建筑物状态态监控建筑物状态监控控（Structture HHealthh Monitooring，SSHM）是利利用传感器网网络来监控建建筑物的安全全状态。由于于建筑物不断断修补，可能能会存在一些些安全隐患。虽虽然地壳偶尔尔的小振动可能不会会带来看得见见的损坏，但但是也许会在在支柱上产生生潜在的裂缝缝，这个裂缝缝可能会在下下一次地震中中导致建筑物物倒塌。用传传统方法检查查，往往要将将大楼关闭数数月。采用传感器网络络，可以让大大楼、桥梁和和其他建筑物物能够自身感感觉并意识到到它们本身的的状况，使得得安装了传感感器网络的智智能建筑自动动告诉管理部部门它们的状状态信息

11、，并并且能够自动动按照优先级级来进行一系系列自我修复复工作。未来来的各种摩天天大楼可能就就会装备这种种类似红绿灯灯的装置，从从而建筑物可可自动告诉人人们当前是否否安全、稳固固程度如何等等信息。6.其他方面的的应用复杂机械的维护护经历了“无无维护”、“定定时维护”以以及“基于情情况的维护”三三个阶段。采采用“基于情情况的维护”方方式能够优化化机械的使用用，保持过程程更加有效，并并且保证制造造成本仍然低低廉。其维护护开销分为几几个部分：设设备开销、安安装开销和人人工收集分析析机械状态数数据的开销。采采用无线传感感器网络能够降降低这些开销销，特别是能能够去掉人工工开销。尤其其是目前数据据处理硬件技技

12、术的飞速发发展和无线收收发硬件的发发展，新的技技术已经成熟熟，可以使用用无线技术避避免昂贵的线线缆连接，采采用专家系统统自动实现数数据的采集和和分析。传感感器网络可以以应用于空间间探索。借助助于航天器在在外星体撒播播一些传感器器节点，可以以对星球表面面进行长时间间的监测。这这种方式成本本很低，节点点体积小，相相互之间可以以通信，也可可以和地面站站进行通信。4-3传感器节节点由哪几部部分组成？答：传感器节点点由传感器模模块、处理器器模块、无线线通信模块和和能量供应模模块四部分组组成。传感器器模块负责监监测区域内信信息的采集和和数据转换；处理器模块块负责控制整整个传感器节节点的操作，存存储和处理本

13、本身采集的数数据以及其他他节点发来的的数据；无线线通信模块负负责与其他传传感器节点进进行无线通信信，交换控制制消息和收发发采集数据；能量供应模模块为传感器器节点提供运运行所需的能能量，通常采采用微型电池池。4-4简述无线线传感器网络络各层协议和和平台的功能能。答：协议栈包括括物理层、数数据链路层、网网络层、传输输层和应用层层，与互联网网协议栈的五五层协议相对对应。另外，协协议栈还包括括能量管理平平台、移动管管理平台和任任务管理平台台。这些管理理平台使得传传感器节点能能够按照能源源高效的方式式协同工作，在在节点移动的的传感器网络络中转发数据据，并支持多多任务和资源源共享。各层层协议和平台台的功能

14、如下下：物理层提供简单单但健壮的信信号调制和无无线收发技术术；数据链路层负责责数据成帧、帧帧检测、媒体体访问和差错错控制；网络层主要负责责路由生成与与路由选择；传输层负责数据据流的传输控控制，是保证证通信服务质质量的重要部部分；应用层包括一系系列基于监测测任务的应用用层软件；能量管理平台管管理传感器节节点如何使用用能源，在各各个协议层都都需要考虑节节省能量；移动管理平台检检测并注册传传感器节点的的移动，维护护到汇聚节点点的路由，使使得传感器节节点能够动态态跟踪其邻居居的位置；任务管理平台在在一个给定的的区域内平衡衡和调度监测测任务。4-5无线传感感器网络具有有何显著特点点？答：无线传感器器网络

15、具有以以下的特点：1.大规模网络络为了获取精确信信息，在监测测区域通常部部署大量传感感器节点，传传感器节点数数量可能达到到成千上万，甚甚至更多。传传感器网络的的大规模性包包括两方面的的含义：一方方面是传感器器节点分布在在很大的地理理区域内，如如在原始大森森林采用传感感器网络进行行森林防火和和环境监测，需需要部署大量量的传感器节节点；另一方方面，传感器器节点部署很很密集，在一一个面积不是是很大的空间间内，密集部部署了大量的的传感器节点点。传感器网网络的大规模模性具有如下下优点：通过过不同空间视视角获得的信信息具有更大大的信噪比；通过分布式式处理大量的的采集信息能能够提高监测测的精确度，降降低对单

16、个传传感器节点的精度要要求；大量冗冗余节点的存存在，使得系系统具有很强强的容错性能能；大量节点点能够增大覆覆盖的监测区区域，减少洞洞穴或者盲区区。2.自组织网络络在传感器网络应应用中，通常常情况下传感感器节点被放放置在没有基基础结构的地地方。传感器器节点的位置置不能预先精精确设定，节节点之间的相相互邻居关系系预先也不知知道，如通过过飞机播撒大大量传感器节节点到面积广广阔的原始森森林中，或随随意放置到人人不可到达或或危险的区域域。这样就要要求传感器节节点具有自组组织的能力，能能够自动进行行配置和管理理，通过拓扑扑控制机制和和网络协议自自动形成转发发监测数据的的多跳无线网网络系统。3多跳路由网络中

17、节点通信信距离有限，一一般在几十到到几百米范围围内，节点只只能与它的邻邻居直接通信信。如果希望望与其射频覆覆盖范围之外外的节点进行行通信，则需需要通过中间间节点进行路路由。网络的的多跳路由使使用网关和 HYPERLINK /product/searchfile/7239.html 路路由器来实现现，而无线传传感器网络中中的多跳路由由是由普通网网络节点完成成的，没有专专门的路由设设备。这样每每个节点既可可以是信息的的发起者，也也可以是信息息的转发者。4.动态性网络络传感器网络的拓拓扑结构可能能因为下列因因素而改变：环境因素素或电能耗尽尽造成的传感感器节点出现现故障或失效效；环境条条件变化可能能造

18、成无线通通信链路带宽宽变化，甚至至时断时通；传感器网网络的传感器器、感知对象象和观察者这这三要素都可可能具有移动动性；新节节点的加入。这这就要求传感感器网络系统统要能够适应应这种变化，具具有动态的系系统可重构性性。4.可靠的网络络传感器网络特别别适合部署在在恶劣环境或或人类不宜到到达的区域，传传感器节点可可能工作在露露天环境中，遭遭受太阳的暴暴晒或风吹雨雨淋，甚至遭遭到无关人员员或动物的破破坏。传感器器节点往往采采用随机部署署，如通过飞飞机撒播或发发射炮弹到指指定区域进行行部署。这些些都要求传感感器节点非常常坚固，不易易损坏，适应应各种恶劣环环境条件。由于监测区域环环境的限制以以及传感器节节点

19、数目巨大大，不可能人人工“照顾”每每个传感器节节点，网络的的维护十分困困难甚至不可可维护。传感感器网络的通通信保密性和和安全性也十十分重要，要要防止监测数数据被盗取和和获取伪造的的监测信息。因因此，传感器器网络的软硬硬件必须具有有鲁棒性和容容错性。5.以数据为中中心的网络传感器网络是任任务型的网络络，脱离传感感器网络谈论论传感器节点点没有任何意意义。传感器器网络中的节节点采用节点点编号标识，节节点编号是否否需要全网唯唯一取决于网网络通信协议议的设计。由由于传感器节节点随机部署署，构成的传传感器网络与与节点编号之之间的关系是是完全动态的的，表现为节节点编号与节节点位置没有有必然联系。用用户使用传

20、感感器网络查询询事件时，直直接将所关心心的事件通告告给网络，而而不是通告给给某个确定编编号的节点。网网络在获得指指定事件的信信息后汇报给给用户。这种种以数据本身身作为查询或或传输线索的的思想更接近近于自然语言言交流的习惯惯。所以通常常说传感器网网络是一个以以数据为中心心的网络。6.应用相关的的网络传感器网络用来来感知客观物物理世界，获获取物理世界界的信息量。客客观世界的物物理量多种多多样，不可穷穷尽。不同的的传感器网络络应用关心不不同的物理量量，因此对传传感器的应用用系统也有多多种多样的要要求。不同的的应用背景对对传感器网络络的要求不同同，其硬件平平台、软件系系统和网络协协议必然会有有很大差别

21、。所所以传感器网网络不能像IInternnet一样，有有统一的通信信协议平台。对对于不同的传传感器网络应应用虽然存在在一些共性问问题，但在开开发传感器网网络应用中，更更关心传感器器网络的差异异。只有让系系统更贴近应应用，才能做做出最高效的的目标系统。针针对每一个具具体应用来研研究传感器网网络技术，这这是传感器网网络设计不同同于传统网络络的显著特征征。4-6基于距离离的定位的方方法分为：基基于TOA的的定位、基于于TDOA的的定位、基于于AOA的定定位和基于RRSSI的定定位等，比较较这四种方法法的优缺点。答：基于TOAA的定位精度度高，但要求求节点间保持持精确的时间间同步，因此此对传感器节节点

22、的硬件和和功耗提出了了较高的要求求。TDOAA技术对硬件件的要求高，成成本和能耗使使得该种技术术对低能耗的的传感器网络络提出了挑战战。但是TDDOA技术测测距误差小，有有较高的精度度。AOA定定位不仅能确确定节点的坐坐标，还能提提供节点的方方位信息。但但AOA测距距技术易受外外界环境影响响，且AOAA需要额外硬硬件，在硬件件尺寸和功耗耗上不适用于于大规模的传传感器网络。在在实验环境中中RSSI表表现出良好的的特性，但是是在现实环境境中，温度、障障碍物、传播播模式等条件件往往都是变变化的，使得得该技术在实实际应用中仍仍然存在困难难。4-7无线传感感器网络为什什么要使用时时间同步机制制，时间同步步

23、机制的主要要性能参数包包括哪些？答：在无线传感感器网络系统统中，单个节节点的能力非非常有限，整整个系统所要要实现的功能能需要网络内内所有节点互互相配合共同同完成。时间间同步在无线线传感器网络络中起着非常常重要的作用用。在分布式式系统中，不不同的节点都都有自己的本本地时钟。由由于不同节点点的晶体振荡荡器频率存在在偏差，以及及温度变化和和电磁波干扰扰等，即使在在某个时刻所所有节点都达达到时间同步步，它们的时时间也会逐渐渐出现偏差，而而分布式系统统的协同工作作需要节点间间的时间同步步，因此时间间同步机制是是分布式系统统基础框架的的一个关键机机制。传感器网络应用用的多样性导导致了对时间间同步机制需需求

24、的多样性性，不可能用用一种时间同同步机制满足足所有的应用用要求。传感感器网络的时时间同步机制制的主要性能能参数如下：（1）最大误差差：一组传感感器节点之间间的最大时间间差量，或相相对外部标准准时间的最大大差量。通常常情况下，最最大误差随着着需要同步的的传感器网络络范围的增大大而增加。（2）同步期限限：节点间需需要一直保持持时间同步的的时间长度，传传感器网络需需要在各种时时间长度内保保持时间同步步，从瞬间同同步到伴随网网络存在的永永久同步。（3）同步范围围：需要节点点间时间同步步的区域范围围，这个范围围可以是地理理范围，如以以米度量的距距离；也可以以是逻辑距离离，如网络的的跳数。（4）可用性：指

25、在范围内内的覆盖完整整性，有些时时间同步机制制能够同步区区域内的每个个节点，基于于网络的机制制通常能够同同步每个节点点，而有些机机制对硬件要要求高，仅能能同步部分节节点，如GPPS系统。（5）效率：达达到同步精度度所经历的时时间以及消耗耗的能量。需需要交换的同同步消息越多多，经历的时时间越长，消消耗的网络能能量就越大，同同步的效率相相对就越低。（6）代价和体体积：时间同同步可能需要要特定硬件，在在传感器网络络中需要考虑虑部件的价格格和体积，这这对传感器网网络非常重要要。4-8无线传感感器网络的安安全研究要解解决哪些问题题？答：无线传感器器网络的安全全和一般网络络安全的出发发点是相同的的，都要解

26、决决如下问题：（1）机密性问问题。所有敏敏感数据在存存储和传输的的过程中都要要保证其机密密性，让任何何人在截获物物理通信信号号的时候不能能直接获得消消息内容。（2）点到点的的消息认证问问题。网络节节点在接收到到另外一个节节点发送过来来的消息时，能能够确认这个个数据包确实实是从该节点点发送出来的的，而不是别别人冒充的。（3）完整性鉴鉴别问题。网网络节点在接接收到一个数数据包的时候候，能够确认认这个数据包包和发出来的的时候一模一一样，没有被被中间节点篡篡改或者在传传输中通信出出错。（4）新鲜性问问题。数据本本身具有时效效性，网络节节点能够判断断最新接收到到的数据包是是发送者最新新产生的数据据包。造

27、成新新鲜性问题一一般有两种原原因：一是由由网络多路径径延时的非确确定性导致数数据包的接收收错序而引起起，二是由恶恶意节点的重重放（repplay）攻攻击而引起。（5）认证组播播/广播问题题。认证组播播/广播解决决的是单一节节点向一组节节点/所有节节点发送统一一通告的认证证安全问题。认认证广播的发发送者是一个个，而接收者者是很多个，所所以认证方法法和点到点通通信认证方式式完全不同。在在SPINSS安全框架中中将详细分析析广播认证问问题。（6）安全管理理问题。安全全管理包括安安全引导和安安全维护两个个部分。安全全引导是指一一个网络系统统从分散的、独独立的、没有有安全通道保保护的个体集集合，按照预预

28、定的协议机机制，逐步形形成统一完整整的、具有安安全信道保护护的、连通的的安全网络的的过程。4-9与传统网网络的路由协协议相比，无无线传感器网网络的路由协协议具有哪些些特点？答：与传统网络络的路由协议议相比，无线线传感器网络络的路由协议议具有以下特特点：（1）能量优先先。传统路由由协议在选择择最优路径时时，很少考虑虑节点的能量量消耗问题。而而无线传感器器网络中节点点的能量有限限，延长整个个网络的生存存期成为传感感器网络路由由协议设计的的重要目标，因因此需要考虑虑节点的能量量消耗以及网网络能量均衡衡使用的问题题。（2）基于局部部拓扑信息。无无线传感器网网络为了节省省通信能量，通通常采用多跳跳的通信

29、模式式，而节点有有限的存储资资源和计算资资源，使得节节点不能存储储大量的路由由信息，不能能进行太复杂杂的路由计算算。在节点只只能获取局部部拓扑信息和和资源有限的的情况下，如如何实现简单单高效的路由由机制是无线线传感器网络络的一个基本本问题。（3）以数据为为中心。传统统的路由协议议通常以地址址作为节点的的标识和路由由的依据，而而无线传感器器网络中大量量节点随机部部署，所关注注的是监测区区域的感知数数据，而不是是具体哪个节节点获取的信信息，不取决决于全网唯一的标识。传传感器网络通通常包含多个个传感器节点点到少数汇聚聚节点的数据据流，按照对对感知数据的的需求、数据据通信模式和和流向等，以以数据为中心

30、心形成消息的的转发路径。（4）应用相关关。传感器网网络的应用环环境千差万别别，数据通信信模式不同，没没有一个路由由机制适合所所有的应用，这这是传感器网网络应用相关关性的一个体体现。设计者者需要针对每每一个具体应应用的需求，设设计与之适应应的特定路由由机制。4-10四种类类型的路由协协议分别是什什么？答：从具体应用用的角度出发发，根据不同同应用对传感感器网络各种种特性的敏感感度不同，将将路由协议分分为四种类型型。四种类型型的路由协议议分别是：（1）能量感知知路由协议。高高效利用网络络能量是传感感器网络路由由协议的一个个显著特征，早早期提出的一一些传感器网网络路由协议议往往仅考虑虑了能量因素素。为

31、了强调调高效利用能能量的重要性性，在此将它它们划分为能能量感知路由由协议。能量量感知路由协协议从数据传传输中的能量量消耗出发，讨讨论最优能量量消耗路径以以及最长网络络生存期等问问题。（2）基于查询询的路由协议议。在诸如环环境检测、战战场评估等应应用中，需要要不断查询传传感器节点采采集的数据，汇汇聚节点（查查询节点）发发出任务查询询命令，传感感器节点向查查询节点报告告采集的数据据。在这类应应用中，通信信流量主要是是查询节点和和传感器节点点之间的命令令和数据传输输，同时传感感器节点的采采样信息在传传输路径上通通常要进行数数据融合，通通过减少通信信流量来节省省能量。（3）地理位置置路由协议。在在诸如

32、目标跟跟踪类应用中中，往往需要要唤醒距离跟跟踪目标最近近的传感器节节点，以得到到关于目标的的更精确位置置等相关信息息。在这类应应用中，通常常需要知道目目的节点的精精确或者大致致地理位置。把把节点的位置置信息作为路路由选择的依依据，不仅能能够完成节点点路由功能，还还可以降低系系统专门维护护路由协议的的能耗。（4）可靠的路路由协议。无无线传感器网网络的某些应应用对通信的的服务质量有有较高要求，如如可靠性和实实时性等。而而在无线传感感器网络中，链链路的稳定性性难以保证，通通信信道质量量比较低，拓拓扑变化比较较频繁，要实实现服务质量量保证，需要要设计相应的的可靠的路由由协议。4-11在设计计无线传感器

33、器网络的MAAC协议时，需需要着重考虑虑哪几个方面面？答：在设计无线线传感器网络络的MAC协协议时，需要要着重考虑以以下几个方面面：（1）节省能量量。传感器网网络的节点一一般是以干电电池、纽扣电电池等提供能能量，而且电电池能量通常常难以进行补补充，为了长长时间保证传传感器网络的的有效工作，MMAC协议在在满足应用要要求的前提下下，应尽量节节省使用节点点的能量。（2）可扩展性性。由于传感感器节点数目目、节点分布布密度等在传传感器网络生生存过程中不不断变化，节节点位置也可可能移动，还还有新节点加加入网络的问问题，所以无无线传感器网网络的拓扑结结构具有动态态性。MACC协议也应具具有可扩展性性，以适

34、应这这种动态变化化的拓扑结构构。（3）网络效率率。网络效率率包括网络的的公平性、实实时性、网络络吞吐量以及及带宽利用率率等。4-12在无线线传感器网络络中可能造成成网络能量浪浪费的主要原原因包括哪几几方面？答：可能造成网网络能量浪费费的主要原因因包括如下几几方面：（1）如果MAAC协议采用用竞争方式使使用共享的无无线信道，节节点在发送数数据的过程中中，可能会引引起多个节点点之间发送的的数据产生碰碰撞。这就需需要重传发送送的数据，从从而消耗节点点更多的能量量。（2）节点接收收并处理不必必要的数据。这这种串音（oover hhearinng）现象造造成节点的无无线接收模块块和处理器模模块消耗更多多

35、的能量。（3）节点在不不需要发送数数据时一直保保持对无线信信道的空闲侦侦听（idlle lissteninng），以便便接收可能传传输给自己的的数据。这种种过度的空闲闲侦听或者没没必要的空闲闲侦听同样会会造成节点能能量的浪费。（4）在控制节节点之间的信信道分配时，如如果控制消息息过多，也会会消耗较多的的网络能量。4-13按照采采用固定分配配信道方式还还是随机访问问信道方式可可将传感器网网络的MACC协议分为哪哪三类？答：按照下列条条件分类MAAC协议：第第一，采用分分布式控制还还是集中控制制；第二，使使用单一共享享信道还是多多个信道；第第三，采用固固定分配信道道方式还是随随机访问信道道方式。按

36、照照第三种分类类方法，将传传感器网络的的MAC协议议分为三类：（1）采用无线线信道的时分分复用方式，给给每个传感器器节点分配固固定的无线信信道使用时段段，从而避免免节点之间的的相互干扰；（2）采用无线线信道的随机机竞争方式，节节点在需要发发送数据时随随机使用无线线信道，重点点考虑尽量减减少节点间的的干扰；（3）其他MAAC协议，如如通过采用频频分复用或者者码分复用等等方式，实现现节点间无冲冲突的无线信信道的分配。4-14在传感感器网络中，为为什么要对网网络进行拓扑扑结构控制与与优化。答：在传感器网网络中，网络络的拓扑结构构控制与优化化有着十分重重要的意义，主主要表现在以以下几个方面面：（1）影

37、响整个个网络的生存存时间。传感感器网络的节节点一般采用用电池供电，节节省能量是网网络设计主要要考虑的问题题之一。拓扑扑控制的一个个重要目标就就是在保证网网络连通性和和覆盖度的情情况下，尽量量合理高效地地使用网络能能量，延长整整个网络的生生存时间。（2）减小节点点间通信干扰扰，提高网络络通信效率。传传感器网络中中节点通常密密集部署，如如果每个节点点都以大功率率进行通信，会会加剧节点之之间的干扰，降降低通信效率率，并造成节节点能量的浪浪费。另一方方面，如果选选择太小的发发射功率，会会影响网络的的连通性。所所以，拓扑控控制中的功率率控制技术是是解决这个矛矛盾的重要途途径之一。（3）为路由协协议提供基

38、础础。在传感器器网络中，只只有活动的节节点才能够进进行数据转发发，而拓扑控控制可以确定定由哪些节点点作为转发节节点，同时确确定节点之间间的邻居关系系。（4）影响数据据融合。传感感器网络中的的数据融合指指传感器节点点将采集的数数据发送给骨骨干节点，骨骨干节点进行行数据融合，并并把融合结果果发送给数据据收集节点。而而骨干节点的的选择是拓扑扑控制的一项项重要内容。（5）弥补节点点失效的影响响。传感器节节点可能部署署在恶劣环境境中，在军事事应用中甚至至部署在敌方方区域中，所所以很容易受受到破坏而失失效。这就要要求网络拓扑扑结构具有鲁鲁棒性以适应应这种情况。4-15传感器器网络拓扑控控制主要研究究的问题

39、是什什么？答：传感器网络络拓扑控制主主要研究的问问题是：在满满足网络覆盖盖度和连通度度的前提下，通通过功率控制制和骨干网节节点选择，剔剔除节点之间间不必要的通通信链路，形形成一个数据据转发的优化化网络结构。具具体地讲，传传感器网络中中的拓扑控制制按照研究方方向可以分为为两类：节点点功率控制和和层次型拓扑扑结构组织。功功率控制机制制调节网络中中每个节点的的发射功率，在在满足网络连连通度的前提提下，均衡节节点的单跳可可达邻居数目目。层次型拓拓扑控制利用用分簇机制，让让一些节点作作为簇头节点点，由簇头节节点形成一个个处理并转发发数据的骨干干网，其他非非骨干网节点点可以暂时关关闭通信模块块，进入休眠眠

40、状态以节省省能量。4-16 LRR-WPANN具有哪些特特点？答：低速WPAAN(LR-WPAN)是按照IEEEE 802.115.4标准准，为近距离离联网设计的的。IEEEE 802.15.4标标准包括工业业监控和组网网、办公和家家庭自动化与与控制、库存存管理、人机机接口装置以以及无线传感感器网络等。网网络具有如下下特点：实现250kbbit/s，440kbitt/s，200kbit/s三种种传输速率。支持星形或者点点对点两种网网络拓扑结构构。具有16位短地地址或者644位扩展地址址。支持冲突避免载载波多路侦听听技术（caarrierr sensse mulltiplee acceess w

41、iith coollisiion avvoidannce，CSSMA-CAA）。用于可靠传输的的全应答协议议。低功耗。能量检测（Ennergy Detecction， ED）。链路质量指示（LLink QQualitty Inddicatiion，LQQI）。在2450MHHz频带内定定义了16个个通道；在9915MHzz频带内定义义了10个通通道；在8668MHz频频带内定义了了1个通道。4-17简述IIEEE 802.115.4定义义的LR-WWPAN网络络中具有的两种拓扑结结构。答：IEEE定定义了两种不不同类型的设设备：一种是是完整功能设设备（Full-Functiional Devi

42、cee，FFD），另另一种是简化化功能设备（Reduced-Functional Device，RFD）。全功能设备（FFFD）具有有以下几个特特点：能够在在任何拓扑结结构中工作；能够成为网网络中的主协协调器；能够够成为一个协协调器；能够够同任何其他他设备进行通通信。简化功能设备（RRFD）具有有以下几个特特点：被限制制在星形网络拓扑中中；不能够成成为网络协调调器；只能够够同网络中的的协调器进行行通信；实现现起来非常简简单。由于RRFD非常简简单，就像一一个电灯开关关或者一个红红外线传感器器，它们不需需要发送大量量的数据，并并且一次只能能同一个FFFD关联，因因此，RFDD能够使用很很少的资源

43、和和存储空间。4-18简述ZZigBeee协议与IEEEE 802.115.4标准准的联系与区区别。答：IEEE 802.115.4仅定定义了物理层层和MAC层层的规范。基基于IEEEE 802.115.4标准准的ZigBBee技术是是一种新兴的的近距离、低低复杂度、低低功耗、低数数据速率、低低成本的无线线通信技术。ZZigBeee协议栈建立立在IEEEE 802.115.4的PPHY层和MMAC子层规规范之上。它它实现了网络络层和应用层层。IEEEE 802.115.4标准准有IEEEE负责制定，而而ZigBeee协议由ZZigBeee联盟制定。4-19数据融融合具有哪些些显著特点。答：数据

44、融合具具有如下4个个显著特点：1）信息的冗余余性：同一个个信号可能被被不同传感器器捕获，去除除不必要的重重复信息；2）信息的互补补性：一种传传感器捕获一一种特征，多多种特征的结结合将获得更更全面信息；3）信息处理的的及时性：多多传感器的并并行采集与处处理；4）信息处理的的低成本性：为获得准确确信息，可用用多种廉价的的传感器协作作来代替单个个功能强大但但高价的传感感器。4-20根据多多传感器数据据融合模型定定义方法和无无线传感器网网络自身特点点，数据融合合可划分为哪哪些不同的型型式？答：根据多传感感器数据融合合模型定义方方法和无线传传感器网络自自身特点，数数据融合可根根据节点处理理层次、融合合前

45、后的数据据信息量、信信息抽象层次次的不同而划划分为不同的的型式。根据节点处理的的层次，可分分为集中式融融合和分布式式融合。根据融合前后数数据信息量的的变化，可分分为无损融合合和有损融合合。根据信息抽象层层次，可分为为数据级融合合、特征级融融合、决策级级融合。第5章答案5-1请简述MM2M技术的的定义。答：随着各种信信息通信手段（如IInternnet、遥感感勘测、远程程信息处理、远远程控制等）的的发展，加之之地球上各类类设备的不断断增加，人们们开始越来越越多的关注于于如何对设备备和资产进行行有效监视和和控制，甚至至如何用设备备控制设备“M2MM”理念由此此起源。M2M（Macchine/Man

46、-tto-Macchine/Man）是是一种以机器器智能交互为为核心的、网网络化的应用用与服务。简简单地说，MM2M是指机机器之间的互互联互通。广广义上来说，MM2M可代表表机器对机器器、人对机器器、机器对人人、移动网络络对机器之间间的连接与通通信，它涵盖盖了所有实现现在人、机器器、系统之间间建立通信连连接的技术和和手段。5-2为什么电电联组织ITTU要大力推推广M2M技技术，认为MM2M技术是是物联网核心心技术？答：各种技术的的发展使得网网络及其应用用变得无所不不能，未来网网络将会是通通信网、互联联网、物联网网的融合。物物联网是一个个具有创新的的潜力无限的的领域，被看看作是继计算算机、互联网

47、网与移动通信信网之后的又又一次信息产产业浪潮，已已被世界各国国当作应对经经济危机、振振兴经济的重重点技术之一一。5-3 M2MM的业务模型型是什么？答：M2M的业业务模型由三三部分组成：行业终端、移移动通信网络络、M2M应应用平台。各各部分的功能能如下：行业终端1.符合相关行行业标准，具具备入网证、合合格证等相关关检测合格证证书2.符合行业生生产、管理需需求、集成数数据采集和数数据传输功能能的设备移动通信网络1.能安全、高高效承载数据据业务的中国国移动通信网网络2.TD-SCCDMA，具具有高宽带、高高速率及抗干干扰等技术优优势的第三代代移动通信网网络M2M应用平台台1.实现各行业业移动信息化

48、化需求的业务务平台集合2.具有良好的的可扩展性，易易于新业务平平台的接入5-4 M2MM的技术标准准体系是什么么？答：虽然各大标标准化组织及及运营商积极极制定相应的的标准，但是是现在并没有有启动统一的的标准。M22M的系统架架构可参考图图5-2所示。5-5 M2MM架构包含哪哪五个重要技技术部分？答：机器（具备备信息感知、信信息加工能力力的设备）、MM2M终端（进进行信息的提提取，传送到到通信网络）、通通信网络（信信息传送的通通道）、中间间件(在通信信网络和应用用间起桥接作作用)、应用用(对获得数数据进行加工工分析)。5-6 简述MM2M两种应应用模式的异异同。答：M2M应用用分为管理流流业务

49、流并并行模式和管管理流业务务流分离模式式（P2P模模式）。管理理流指承载MM2M终端管管理相关信息息的数据流，业业务流是指承承载M2M应应用相关的数数据流。对于于终端管理流流，两种模式式都由终端发发送给M2MM平台，或再再由M2M平平台转发给应应用。对于业业务流，在管管理流业务务流并行模式式下，业务流流通过终端传传递到M2MM平台，再由由M2M平台台转发给M22M应用业务务平台或者对对端的M2MM终端；在管管理流业务务流分离模式式下，业务流流直接从终端端送到M2MM应用业务平平台或者对端端的M2M终终端，不通过过M2M平台台转发。5-7 简述WWMMP的作作用。答：WMMP规规定了在M22M业

50、务系统统中所涉及的的M2M终端端铲平运行WWMMP的基基本要求，供供中国移动集集团公司内部部和合作厂商商共同使用，是是M2M业务务开展、终端端设备开发方方面的技术依依据，适用于于GSM/GGPRS网络络环境。使用WMMP便便于管理终端端,提高通信信的安全性，提提高M2M终终端的兼容性性。5-8 给出搭搭建一个M22M应用系统统的步骤。答：（1）使用用P2P模式式选择需要的终端端与M2M模模块，通过移移动运营商接接入通信网络络，与自己架架设的M2MM网关交互信信息（管理信信息与业务信信息），同时时制定应用完完成期望的功功能。（2）使用M22M平台的方方案选择需要的终端端M2M模块块，接入运营营商

51、的M2MM平台，管理理流与业务流流的格式需要要符合M2MM平台的标准准（如WMMMP），M22M应用业务务平台通过MM2M平台管管理M2M终终端并获取业业务信息。5-9 M2MM模块与手机机通信模块有有什么区别？答：广义的M22M模块是使使用AT指令令或M2M协协议进行数据据通信的设备备。而现有的的M2M模块块很大一部分分与先有的手手机通信模块块无太大区别别，甚至就是是普通的手机机模块，有一一部分对M22M应用进行行了相应的改改进，比如缩缩小体积，取取消不需要的的功能（如语语音通话），能能够适应较为为严苛的工作作环境，内置置M2M协议议等。使用AAT指令的GGPRS模块块和内置M22M协议的模

52、模块都是M22M模块。但但是，目前较较为成熟应用用的是使用AAT指令的GGPRS模块块。内置M22M协议的模模块将会得到到越来越多的的应用。5-10 M22M终端通过过M2M模块块接入互联网网有哪几种方方法，有何优优缺点？答：第一种方法法：按照ATT指令的规定定，使用相应应的AT指令令接入网络，发发送接收信息息。优点：对终端的的要求比较低低，只要可以以进行串口变变成的终端均均可使用这种种方法。缺点点：功能单一一，需要某些些复杂功能时时编程难度大大。第二种方法：对对于安装有PPPP协议的的终端，可以以用PPP协协议与模块连连接实现对网网络的透明链链接，此时模模块相当于DDTU (DData TT

53、ransffer unnit)数据据传输单元，这这时在终端上上即可进行相相应的网络编编程。优点：使用方便便，对于现有有的一些通信信程序可以方方便的移植，可可以实现较为为复杂的功能能。缺点：对终端的的要求较高，一一般都需要终终端上运行操操作系统。5-11 请写写出常用的AAT指令集。答：M2M模块块常用的ATT指令：功能AT指令详细拨号命令ATD后面紧跟拨打电电话号码挂机命令ATH挂机短消息格式AT+GMGFF选择短消息模式式（TEXTT或PDU）读取短消息AT+CMGRR读取短消息新消息提示AT+CNMII选择新消息到来来时的提示方方式发送短消息AT+CMGSS发送短消息TCP/UDPP 连接

54、初始始化ATIPINNIT初始化TCP/UDP连接接建立TCP/UUDP连接ATIPOPPEN与设定的IP建建立TCP/UDP连接接服务器侦听命令令ATIPLIISTEN打开服务器侦听听功能TCP/UDPP 数据发送送ATIPSEEND选定链路发送数数据TCP/UDPP 接收数据据缓存查询ATIPGEETDATAA查询某链路是否否有数据到达达TCP/UDPP 数据到达达指示ATIPDAATA当有数据到达时时可主动上报报关闭TCP/UUDP连接ATIPCLLOSE关闭指定的连接接第6章答案6-1简述云和和云计算的基基本概念。答：云也叫做资资源池，是一一些可以自我我维护和管理理的虚拟计算算资源，通

55、常常是一些大型型服务器集群群，包括计算算服务器、存存储服务器和和宽带资源等等。云计算是一种基基于互联网的的、大众参与与的计算模式式，其计算资资源（计算能能力、存储能能力、交互能能力）是动态态、可伸缩、且且被虚拟化的的，以服务的的方式提供。6-2简述私有有云、公用云云和混合云的的基本概念。答：私有云也叫叫做专用云，是是由单个客户户所拥有的按按需提供基础础设施，该客客户控制哪些些应用程序在在哪里运行，拥拥有服务器、网网络和磁盘，并并且可以决定定允许哪些用用户使用基础础设施。公用云是由第三三方运行的云云，第三方可可以把来自许许多不同客户户的作业在云云内的服务器器、存储系统统和其他基础设施上上混合在一

56、起起。最终用户户不知道运行行其作业的同同一台服务器器、网络或磁磁盘上还有哪哪些用户。混合云把公用云云模式与私有有云模式结合合在一起。客客户通过一种种可控的方式式对云部分拥拥有，部分与与他人共享。6-3简述云计计算的四个本本质特征。答：云计算的本本质包括：虚拟化，即把软软件、硬件等等IT资源进进行虚拟化，抽抽象成标准化化的虚拟资源源，放在云计计算平台中统统一管理，保保证资源的无无缝扩展；多粒度和多尺度度，即灵活的的面对需求，提提供不同的服服务；不确定性，因为为云计算是一一个人参与的的计算，是群群体智能的体体现，表现出出自然界不确确定性特征；软计算，即如何何让网络明白白一些定量、定定性的转换，如如

57、一些大约的的量词等。6-4简述云计计算与并行计计算的关系。答：并行计算式式云计算的萌萌芽阶段。在并行计算中，为为了获得高速速的计算能力力，人们不惜惜采用昂贵的的服务器和购购买更多的服服务器。因此此，强大的并并行计算能力力需要巨额的的投资。并且且，传统的并并行计算机的的使用是一个个相当专业的的工作，需要要使用者具有有较高的专业业素质。而云计算将服务务器等设施集集中起来，最最大程度地做做到资源共享享，能够动态态地为用户提提供计算能力力和存储能力力，随时满足足用户的需求求。6-5简述分布布式计算的基基本原理，并并指出云计算算与分布式计计算的关系。答：分布式计算算研究如何把把一个需要非非常巨大的计计算

58、能力才能能解决的问题题分成许多小小的部分，然然后把这些部部分分配给许许多计算机进进行处理，最最后把这些计计算结果综合合起来得到最最终的结果。分布式计算依赖赖于分布式系系统。分布式式系统由通过过网络连接的的多台计算机机组成。网络络把大量分布布在不同地理理位置的计算算机连接在一一起，每台计计算机都拥有有独立的处理理器及内存。这这些计算机互互相协作，共共同完成一个个目标或者计计算任务。分布式计算是一一个很大的范范畴。在当今今的网络时代代，不是分布布式计算的应应用已经很少少了。云计算算是分布式计计算的一种。6-6简述云计计算与网格计计算的关系。答：通常意义的的网格是指云云计算以前实实现的以科学学研究为

59、主的的网格。网格格计算不仅要要集成异构资资源，还要解解决许多非技技术的协调问问题，非常重重视标准规范范，也非常复复杂，但缺乏乏成功的商业业模式。云计计算是网格计计算的一种简简化实用版本本，有成功的的商业模式推推动。但如果果没有网格计计算打下的基基础，云计算算也不会这么么快到来。所所以说，云计计算的成功也也是网格的成成功。6-7论述云计计算与物联网网的关系。答：物联网的规规模足够大之之后，需要与与云计算结合合起来。云计计算中心对接接入网络终端端的普适性，最最终解决了物物联网中M22M应用的广广泛性。物联联网的行业应应用，如智能能电网、环境境检测网等等等，都需要借借助云计算来来解决海量信信息和数据

60、的的管理问题。具具体包括以下下几个方面：云计算解决了物物联网中服务务器节点的不不可靠性问题题，最大限度度地降低服务务器的出错率。物联网中的的海量数据和和信息需要巨巨大数目的服服务器。随着着服务器数目目的增多，服服务器节点出出错的概率也也会随之变大大。而利用云云计算，云中中有成千上万万、甚至上百百万台服务器器，即使某些些服务器出错错了，也可以以利用冗余备备份等技术迅迅速恢复服务务，保障物联联网真正实现现无间断的安安全服务。云计算可以解决决物联网中访访问服务器资资源受限的问问题。服务器器相关硬件的的资源的承受能力是有限的的，当访问超超过服务器本本身的限制时时，服务器就就会崩溃。物物联网要求保保障对